活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭在高湿废气中吸附二氧化硫

　　含硫燃料的燃烧会导致二氧化硫(SO2)的形成。当释放到大气中时，SO2形成酸雨。为了减少发电厂等工业系统的SO2排放，脱除废气中的二氧化硫是缓解酸雨的重要工艺。活性炭对水的亲和力低，对二氧化硫等可极化分子的亲和力高，使其成为废气选择性吸附剂的好选择。对于烟气脱硫，具有低氧功能的活性炭由于其疏水性和对SO2的高亲和力而成为有吸引力的候选者。这项工作研究了活性炭在干燥和潮湿条件下模拟烟气中SO2吸附的结果。

　　动态突破吸附

　　使用内部建造的动态突破仪器测量合成烟气在活性炭上的吸附。将活性炭样品装入测试池，所有样品的标准气时空速为530h-1。将样品池放置在烘箱内进行温度控制，并使用加热块将样品池加热至温度高于T=60℃。使用质量流量控制器控制气体的流量，并使用通用流量计验证流量。对于干气实验，用干N2稀释模拟烟气，而对于湿气实验，用湿N2稀释烟气。湿N2是通过使干N2流过饱和器而产生的管子。使用四通阀将湿气进料切换至吸附进料中和从吸附进料中切换出来，每个突破性实验均进行三次。

　　活性炭在干湿废气中的吸附比较

　　干废气和湿废气实验中对CO2和SO2的吸附能力比较如图1所示。与CO2或N2相比，所有活性炭对SO2具有更大的亲和力。活性炭从湿烟气中吸附的CO2多于干烟气中的CO2。活性炭对于湿烟气实验的CO2吸附能力略低。吸附了更多的CO2来自T=30℃吸附实验的湿烟气。相反，在T=60℃时，该样品在湿烟气实验中具有较低的容量，而在T=90℃时具有相同的容量。有趣的是，对于大多数实验来说，实验之间的CO2吸附量没有显着差异。我们注意到，即使在水性系统中，碳酸的形成通常也是一个非常缓慢的过程，并且我们预计碳酸氢盐不会主导湿式CO2吸附。对于所有实验，CO2的量当吸附温度升高时，吸附量减少，这是物理吸附机制所预期的。这些结果表明，一些次要的碳酸氢盐物质可能是在较低的温度下形成的。然而，在后来的红外测量中没有碳酸氢盐。

　　图1：五种活性炭在湿烟气与干烟气混合物中吸附的SO2量。图中显示了T=30℃(蓝色)、60℃(绿色)和90℃(红色)实验结果。

　　活性炭的SO2/H2O选择性

　　对于活性炭，湿烟气实验中的SO2吸附量大于干烟气实验中的SO2吸附量，这可能表明表面存在硫酸氢盐物质。对于活性炭，实验中湿烟气中SO2的吸附量较高，而其他实验显示湿烟气和干烟气中的吸附量大致相同。与其他活性炭不同，有的活性炭含有更多的SO2。实验中干燥烟气中的吸附量高于湿烟气中的吸附量。图2比较了活性炭的SO2/H2O选择性。活性炭1在五种活性炭中表现出最大的SO2/H2O选择性，活性炭2其次。活性炭3对SO2的选择性相对于H2O最低。活性炭上吸附的水量极少，并且水对吸附剂的亲和力较低。因此，不需要很高的温度来去除活性炭中的水，即，这里我们在150℃下进行再生，这远低于吸湿性吸附剂通常使用的280℃。

　　图2：对于再生条件，五种活性炭在T=30、60和90℃的吸附温度下的SO2/H2O选择性。

　　活性炭在高湿废气中吸附二氧化硫，从这实验可以明显看出，在干燥和潮湿条件下，活性炭均表现出相对于N2和CO2的对SO2的高选择性。吸附实验结果表明，所有五种活性炭对SO2均具有较高的亲和力。在湿烟气实验中，活性炭显示出最高的SO2容量再生下。在湿烟气混合物的实验中，活性炭具有最高的SO2容量。尽管如此，具有较高氧分数的活性炭在潮湿条件下显示出SO2容量的大幅增加。潮湿条件下的吸附趋势还显示出更高的氧含量，从而导致更大的SO2吸附能力。最后，多组分吸附测试表明，在10次湿SO2循环后，任何活性炭的吸附性能均没有变化。这些结果表明，具有低氧官能团浓度的活性炭是从废气系统中去除SO2的好材料。

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